JPH0346277A - Semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacture thereof

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JPH0346277A
JPH0346277A JP18036789A JP18036789A JPH0346277A JP H0346277 A JPH0346277 A JP H0346277A JP 18036789 A JP18036789 A JP 18036789A JP 18036789 A JP18036789 A JP 18036789A JP H0346277 A JPH0346277 A JP H0346277A
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JP
Japan
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crystalline
layer
semiconductor
substrate
semiconductor layer
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Application number
JP18036789A
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Japanese (ja)
Inventor
Mitsunori Ketsusako
光紀 蕨迫
Kikuo Kusukawa
喜久雄 楠川
Masahiro Shigeniwa
昌弘 茂庭
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0346277A publication Critical patent/JPH0346277A/en
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Abstract

PURPOSE:To realize a super-thin film SOI structure so as to make an element structure adapted for integration by a method wherein a semiconductor layer is composed of a first crystalline support of a certain thickness and a second crystalline semiconductor layer whose thickness is smaller than that of the first crystalline support. CONSTITUTION:A semiconductor layer is composed of a first crystalline support 40 of a certain thickness selectively formed on an insulator substrate 1 or an insulating layer and a second crystalline semiconductor layer 50 whose thickness is smaller than that of the first crystalline support. When a superthin film SOI (semiconductor-on-insulator) 50 is made to grow in solid phase, seeds are formed on the base substrate 1 protruding from it, and the deposition film 50 is formed so as to, at least, make a part of it come into contact with the seeds, whereby the SOI excellent in crystallinity can be formed. The protrudent seeds can be used as contacts of the source.drain of a FET by making it high in impurity concentration through doping. By this setup, a superthin film SOI structure excellent in element characteristic can be uniformly formed throughout the whole face of a water through a method most excellent in control of thickness.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高密度半導体集積回路を形成するに好適な半
導体素子の構造およびその製造方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a structure of a semiconductor element suitable for forming a high-density semiconductor integrated circuit and a method of manufacturing the same.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

絶縁物基板の上に半導体層の形成されたいわゆるS O
I (S emiconductor−on−I n5
ulator)構造は、素子分離がより完全で、寄生素
子による干渉が少なく、高速性や安定性に優れた素子が
形成できるという利点がある。近年、このSOIの厚さ
を0.1μm以下の超薄膜構造とし、MOSFETのチ
ャネルが空乏化された状態を実現することにより、理想
的な3端子素子特性が得られることが指摘され、いくつ
かの試作例も報告されている。例えば、アイ・イー・イ
ー・イー、インターナショナル・エレクトロン・デバイ
セズ・ミーティング88、テクニカル・ダイジェスト、
294頁〜297頁(I E DM88.Techni
cal Digest pp、294〜297)に記載
されているように、0.35μmのS i OJ!りの
上に形成した厚さ85mmのSOIで形成したnチャネ
ルMO8FETは、低温特性にも優れ、40m V/d
ecadeの 5ub−threshold 5lopeや115m5
/mの相互コンダクタンス(Laff=0.75μm)
などの性能が報告されている。従来はこのような超aW
AS○■を形成するのに、酸素をイオン打込みして埋め
込み絶縁膜を形成し1表面に残ったSiを更に薄層化し
て用いていた。このプロセスを第2図を用いて説明する
。第2図(a)はSi基板1に酸素イオン2を打ち込む
工程を示す断面図である。酸素イオンを150〜200
keVで約2 X 10”am−”打ち込みし、少なく
とも分布の中心近傍では化学量論的なSin、中の酸素
濃度Dcよりも高くなるようにし、1200〜1350
℃で数時間から数十分熱処理する。そうすると、酸素の
打ち込まれた領域がSiO□層3に変換され、表面に単
結晶領域4が残る。この残留した単結晶領域4がいわゆ
るSOIで、厚さは通常0.2μ口程度である。これを
表面酸イ6し、次いで酸化膜を除去することにより、5
0〜1100nに薄層化する。この様に薄層化したSO
IにMOSFETを形成した例が第2図(b)である、
上記のような工程を経て形成された素子では、チャネル
部と同様、ソース・ドレイン部も薄層化される。
So-called SO in which a semiconductor layer is formed on an insulating substrate
I (S semiconductor-on-I n5
The ulator structure has the advantage that element isolation is more complete, there is less interference from parasitic elements, and elements with excellent high speed and stability can be formed. In recent years, it has been pointed out that ideal three-terminal device characteristics can be obtained by creating an ultra-thin SOI structure with a thickness of 0.1 μm or less and creating a depleted MOSFET channel. Prototype examples have also been reported. For example, IEE, International Electron Devices Meeting 88, Technical Digest,
Pages 294-297 (I E DM88. Techni
cal Digest pp, 294-297), 0.35 μm S i OJ! The n-channel MO8FET, which is made of 85 mm thick SOI formed on top of the
ecade's 5ub-threshold 5lope and 115m5
/m transconductance (Laff=0.75μm)
Performances such as these have been reported. Conventionally, super aW like this
To form AS○■, oxygen was ion-implanted to form a buried insulating film, and the Si remaining on one surface was further thinned and used. This process will be explained using FIG. FIG. 2(a) is a cross-sectional view showing the step of implanting oxygen ions 2 into the Si substrate 1. 150-200 oxygen ions
About 2 x 10" am implanted at keV, at least near the center of the distribution to be higher than the stoichiometric Sin, oxygen concentration Dc, 1200-1350
Heat treatment at ℃ for several hours to several minutes. Then, the region into which oxygen has been implanted is converted into a SiO□ layer 3, and a single crystal region 4 remains on the surface. This remaining single crystal region 4 is a so-called SOI, and its thickness is usually about 0.2 μm. By oxidizing the surface of this 6 and then removing the oxide film, 5
Thin the layer to 0 to 1100n. SO thinned like this
An example of forming a MOSFET in I is shown in Fig. 2(b).
In the device formed through the above steps, the source/drain portions are also thinned, as is the channel portion.

このため、一般的にはソースおよびドレインの寄生抵抗
が大きくなり、素子の高速動作を制限する要因となる。
Therefore, the parasitic resistance of the source and drain generally increases, which becomes a factor that limits high-speed operation of the device.

また、一般的に酸素イオン打込みによって形成したSO
Iでは結晶欠陥が多く、高温の熱処理に付随する問題点
、すなわち、溶存酸素濃度が高く、ウェハの反りが大き
いこと、また。
Additionally, SO formed by oxygen ion implantation is generally used.
I has many crystal defects and problems associated with high temperature heat treatment, namely high dissolved oxygen concentration and large wafer warpage.

多層化など複雑な構造には不向きであること、などを内
在している。
It has the inherent disadvantage that it is not suitable for complex structures such as multi-layered structures.

他の超薄膜SOIの形成法として、レーザや電子線など
のエネルギービームを用いた溶融再結晶化法がある。こ
の方法でも、薄くすると凝集しやすくなるため、初めか
ら超薄膜SOIを形成することはできず、0.5〜1μ
mのSOIを形成してから、酸化、エツチング等により
薄層化されている。
Another method for forming ultra-thin film SOI is a melt recrystallization method using an energy beam such as a laser or an electron beam. Even with this method, it is not possible to form an ultra-thin SOI film from the beginning because it tends to agglomerate as it becomes thinner.
After forming an SOI of m, the layer is thinned by oxidation, etching, etc.

一般に溶融を伴う結晶化法は膜厚が不均一になり易く、
凝集を防ぐためにキャップ膜で覆うなどの工夫がなされ
ているが、多結晶Siの堆積時の表面モホロジーが保存
されるため、その後のgI/iy化によっても均一な超
薄膜構造を広い範囲にわたって形成するのは困難である
In general, crystallization methods that involve melting tend to result in non-uniform film thickness;
Efforts have been made to prevent agglomeration, such as covering with a cap film, but since the surface morphology during deposition of polycrystalline Si is preserved, it is difficult to form a uniform ultra-thin film structure over a wide area even with subsequent gI/Iy conversion. It is difficult to do so.

また、その他の超薄膜SOI形成法として横方向同相エ
ピタキシャル成長法がある。これは第3図(a)に示す
ように、Si基板lの上に開口パターンを有する酸化膜
3を形威し、その上に堆積した非晶質Si層5を基板t
との接触部から単結晶化する方法である。この方法は膜
厚の制御性。
Further, as another ultra-thin film SOI formation method, there is a lateral in-phase epitaxial growth method. As shown in FIG. 3(a), an oxide film 3 having an opening pattern is formed on a Si substrate 1, and an amorphous Si layer 5 deposited thereon is deposited on a substrate t.
This method produces a single crystal from the contact area. This method provides control over film thickness.

均一性には優れているが、酸化膜に沿って堆積収縮を伴
いながら結晶化が進むため、下地酸化膜との界面近傍に
結晶欠陥が入りやすく、高品質のSOIが得難いという
問題がある。
Although the uniformity is excellent, since crystallization progresses along the oxide film with deposition shrinkage, crystal defects are likely to occur near the interface with the underlying oxide film, making it difficult to obtain high-quality SOI.

上記従来技術ではウェハ全面にわたって均一な超薄vA
SOI構造を得ることが困難であった。また、超薄膜S
OI素子の構造についても、寄生抵抗などの問題に関し
て十分検討されていなかった。
The above conventional technology has a uniform ultra-thin vA over the entire wafer surface.
It was difficult to obtain an SOI structure. In addition, ultra-thin film S
Regarding the structure of the OI element, problems such as parasitic resistance have not been sufficiently studied.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

本発明の目的は、ウェハ全面にわたって均一な超薄膜S
○工槽構造実現し、また超薄[SOI素子の性能を最大
限引き出すべく、ソース・ドレイン部分の寄生抵抗を低
減せしめた素子v4造を集積化に適した形態を提供する
ことである。
The purpose of the present invention is to provide a uniform ultra-thin film S over the entire wafer surface.
○The goal is to provide an ultra-thin structure suitable for integration of the V4 element, which reduces the parasitic resistance of the source and drain parts in order to maximize the performance of the SOI element.

本発明の他の目的は、上記の目的を達成するための新し
いSOI形成工程を提供することである。
Another object of the present invention is to provide a new SOI formation process to achieve the above objectives.

また、本発明の他の目的は、従来の半導体素子の製造工
程がすべて半導体基板の加工から配線工程へと行なわれ
ていたのに対し、配線の形成から半導体能動層の形成へ
と行なうことの出来る全く新しい半導体素子製造方式を
提供することである。
Another object of the present invention is to change the process from forming interconnects to forming a semiconductor active layer, whereas the conventional manufacturing process for semiconductor devices is performed from processing the semiconductor substrate to wiring. The objective is to provide a completely new method of manufacturing semiconductor devices.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記の素子の寄生抵抗を低減させるにはソース・ドレイ
ンとなる領域を厚膜化し、素子の動作領域のみを超薄膜
化した構造を用いることが有効である。さらに望ましく
は、ソース・ドレインとなる領域がシリサイド合金や、
純金属あるいは酸化物超電導材料などの低抵抗材料で形
成されればよい。
In order to reduce the parasitic resistance of the above-mentioned element, it is effective to use a structure in which the source/drain regions are thickened and only the operating region of the element is made ultra-thin. More preferably, the source/drain regions are made of a silicide alloy,
It may be formed of a low resistance material such as a pure metal or an oxide superconducting material.

しかし、−旦形成されたSOI膜を均一に選択的薄層化
を行なうのは困難であり、上記のように部分的に合金層
あるいは金属層で形成することはさらに困難である。
However, it is difficult to uniformly and selectively thin an SOI film once formed, and it is even more difficult to partially form an alloy layer or a metal layer as described above.

上記目的を達成するためには、同相成長を2回繰り返す
ことが有効である。同相成長は表面モホロジーの制御性
に優れており、また低温プロセスのため複雑な工程への
適用性があるが、結晶方位に対する依存性が強く、やみ
くもに工程を繰り返すだけでは高品質の単結晶超薄膜S
OIは得られない。
In order to achieve the above objective, it is effective to repeat in-phase growth twice. In-phase growth has excellent controllability of surface morphology, and is applicable to complex processes because it is a low-temperature process, but it is strongly dependent on crystal orientation, and it is difficult to produce high-quality single crystals by simply repeating the process blindly. Thin film S
OI is not available.

すなわち、本発明の半導体装置は、絶縁物基板の上に、
または半導体基板上に設けられた絶m層の上に、半導体
層が設けられた5OI (S emiconductor−on−I n5ul
ator)構造を有する半導体装置において、上記半導
体層は、上記絶縁物基板または上記絶I1層上に選択的
に形成された第1の厚さを有する結晶性支持体と、上記
結晶性支持体の少なくとも一部と接触して上記絶縁物基
板上に延在し、上記第1の厚さより薄い厚さを有する第
2の結晶性半導体層により構成されていることを特徴と
する。
That is, the semiconductor device of the present invention includes, on an insulating substrate,
Or 5OI (Semiconductor-on-In5ul) in which a semiconductor layer is provided on an absolute layer provided on a semiconductor substrate.
ator) structure, the semiconductor layer includes a crystalline support having a first thickness selectively formed on the insulator substrate or the insulator I1 layer, and a crystalline support having a first thickness. The second crystalline semiconductor layer extends over the insulating substrate in contact with at least a portion thereof, and has a thickness thinner than the first thickness.

また、上記結晶性支持体が上記絶縁物基板または上記絶
縁層上に間隔を置いて設けられ、かつ、上記第2の結晶
性半導体層が少なくとも上記結晶性支持体上、および上
記結晶性支持体間の上記絶縁物基板または上記絶縁層上
に設けられていることも特徴とする。
Further, the crystalline support is provided at intervals on the insulating substrate or the insulating layer, and the second crystalline semiconductor layer is provided at least on the crystalline support and on the crystalline support. It is also characterized in that it is provided on the insulating substrate or the insulating layer between them.

また、上記第2の厚さが0.1pm以下であることも特
徴とする。
Further, the second thickness is 0.1 pm or less.

また、上記結晶性支持体は、上記第2の結晶性半導体層
と同一の材料、または少なくとも上記第2の結晶性半導
体層の構成元素を含む材料によって構成されていること
も特徴とする。
The crystalline support is also characterized in that it is made of the same material as the second crystalline semiconductor layer or a material containing at least the constituent elements of the second crystalline semiconductor layer.

また、上記結晶性支持体は上記半導体基板から分離され
た半導体の一部から成り、上記半導体基板と同一の材料
から成ることも特徴とする。
Further, the crystalline support is made of a part of the semiconductor separated from the semiconductor substrate, and is also made of the same material as the semiconductor substrate.

また、上記結晶性支持体の端面の上記基板面上に対する
角度が45〜90°であることも特徴とする。
It is also characterized in that the angle of the end face of the crystalline support with respect to the substrate surface is 45 to 90°.

また1本発明の半導体装置の製造方法は、絶縁物基板の
上に、または半導体基板上に設けられた絶縁層の上に、
第1の厚さを有する結晶性支持体を設ける工程と、上記
結晶性支持体の少なくとも一部と接触して上記絶縁物基
板上に延在し、上記第1の厚さより薄い厚さを有する第
2の半導体層を設ける工程と、上記接触部を種として上
記第2の半導体層を同相エピタキシャル成長により単結
晶化する工程とを含むことを特徴とする。
Further, in the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, on an insulating substrate or on an insulating layer provided on a semiconductor substrate,
providing a crystalline support having a first thickness; the crystalline support extending over the insulating substrate in contact with at least a portion of the crystalline support and having a thickness thinner than the first thickness; The method is characterized in that it includes a step of providing a second semiconductor layer, and a step of single crystallizing the second semiconductor layer by in-phase epitaxial growth using the contact portion as a seed.

また、上記M織物基板または上記絶縁層上に第1および
第2の上記結晶性支持体を間隔を置いて設け、かつ、上
記第2の半導体層を少なくとも上記結晶性支持体上およ
び上記結晶性支持体間の上記絶縁物基板または上記絶縁
層上に設け、上記第2の半導体層の単結晶化に先立ち、
上記第1の結晶性支持体に接触する上記第2の半導体層
と上記第2の結晶性支持体に接触する上記第2の半導体
層とを分離加工することも特徴とする。
Further, the first and second crystalline supports are provided at intervals on the M textile substrate or the insulating layer, and the second semiconductor layer is provided at least on the crystalline support and on the crystalline support. Provided on the insulating substrate or the insulating layer between the supports, and prior to single crystallization of the second semiconductor layer,
It is also characterized in that the second semiconductor layer in contact with the first crystalline support and the second semiconductor layer in contact with the second crystalline support are processed separately.

例えば、本発明をSiのS○工構造を形成する場合につ
いて説明する。まず、下地半導体基板には(100)方
位基板を用いる。この上に超薄膜SOIにとって下地基
板となる酸化膜を形成する。
For example, the present invention will be described with reference to the case of forming a Si S○ structure. First, a (100) oriented substrate is used as a base semiconductor substrate. An oxide film that will serve as a base substrate for the ultra-thin SOI film is formed on this.

次に、7下地酸化膜にはその開口端が<100>方位に
沿うよう加工する。この様な状況ではたとえば超高真空
蒸着によって堆積された非晶質Siは、下地基板との接
触部(以下シードという)からエピタキシャル成長し、
シード端から数μ閣の領域が単結晶化する。この場合、
下地酸化膜の厚さは0.2μ瓢以下が望ましく、また堆
積非晶質Siは通常0.5μ−以上必要である。
Next, the base oxide film 7 is processed so that its opening ends are along the <100> direction. In such a situation, for example, amorphous Si deposited by ultra-high vacuum evaporation grows epitaxially from the contact area with the underlying substrate (hereinafter referred to as "seed").
A region several micrometers from the seed end becomes a single crystal. in this case,
The thickness of the underlying oxide film is preferably 0.2 .mu.m or less, and the deposited amorphous Si usually needs to be 0.5 .mu.m or more thick.

このようにして形成されたSOIは、単結晶化領域の表
面層では結晶欠陥の少ない結晶性の優れた膜となるが、
下地酸化膜との界面に近い領域には高密度の結晶欠陥が
導入される。したがって、このまま薄層化しても高品質
の超薄膜SOIは得られない。
The SOI formed in this way becomes a film with excellent crystallinity with few crystal defects in the surface layer of the single crystallized region.
A high density of crystal defects is introduced into the region near the interface with the base oxide film. Therefore, even if the layer is made thin as it is, a high quality ultra-thin SOI film cannot be obtained.

そこで、形成されたSOIの単結晶化部分を<100>
に沿った方向でバターニングし、かつ、その側面は基板
に対して垂直ではなく、傾きをもたせる。その状況を第
1図(a)に断面図で示す。
Therefore, the single crystallized portion of the SOI formed is <100>
The patterning is performed in the direction along the substrate, and the side surfaces are not perpendicular to the substrate but are inclined. The situation is shown in sectional view in FIG. 1(a).

第1の5OI40はある間隔で形成される。この状態の
ものを基板として、非晶質Si層50を厚さ0.1μ■
程度に堆積する。これを熱処理することによる同相成長
の様子を第4図に示す。堆積した非晶質Si層50では
第1のS○I40との接触部を種として、第1近似的に
は矢印に示すような方向にそれぞれ固相エピタキシャル
成長が進行する。第4図(a)は堆積した状態のまま固
相成長させる場合の状況を示し、第4図(b)は第1図
(b)のように固相成長させる前に非晶質Si層50を
バターニングした場合の同相成長の様子を示している。
The first 5OIs 40 are formed at certain intervals. Using this state as a substrate, an amorphous Si layer 50 with a thickness of 0.1μ
It accumulates to a certain extent. FIG. 4 shows the state of in-phase growth resulting from heat treatment. In the deposited amorphous Si layer 50, solid-phase epitaxial growth progresses in the directions shown by the arrows in the first approximation, using the contact portion with the first S○I 40 as a seed. FIG. 4(a) shows the situation when solid phase growth is performed in the deposited state, and FIG. 4(b) shows the situation where the amorphous Si layer 50 is grown before solid phase growth as shown in FIG. This shows the in-phase growth when buttering.

堆積した状態のまま固相成長させると、エピタキシャル
成長が略等方向に進行するため、第1SOI40の中間
部分51では両方の島から進行してきた成長端が衝突し
、そこで結晶性が劣化する。これは第1SOIの間隔が
数μ−と大きい場合には熱処理によっても回復すること
が困難である。微細素子への適用を考えた場合、この領
域には素子の活性部分を形成することが多く。
If solid-phase growth is performed in the deposited state, the epitaxial growth proceeds in approximately the same direction, so that in the intermediate portion 51 of the first SOI 40, the growth ends that have progressed from both islands collide, and the crystallinity deteriorates there. This is difficult to recover even by heat treatment when the distance between the first SOIs is as large as several microns. When considering application to microscopic devices, the active part of the device is often formed in this region.

この状況は避けることが望ましい。第4図(b)は超薄
膜SOI部分を非対称にバターニングした状況を示して
いるが、この様に加工した後で固相成長させるとシード
が片側のみになり、同相成長の進行方向が一方向に規制
されるため、超薄膜SOI領域部分に結晶粒界が入る確
率はきわめて少なくなる。
It is desirable to avoid this situation. Figure 4(b) shows a situation where the ultra-thin film SOI part is patterned asymmetrically, but if solid-phase growth is performed after processing in this way, the seed will be on only one side, and the direction of growth of in-phase growth will be uniform. Since the direction is restricted, the probability that a grain boundary will enter the ultra-thin film SOI region is extremely low.

次に、第1のSOIの側面に傾きを設けることの利点を
述べる。第3図(a)は従来の固相成長におけるシード
形状と成長の様子を示す断面図であり、第3図(b)は
本発明におけるシード形状と成長の様子を示すシード端
部における拡大断面図である。両図とも表面が(001
)面である基板の(010)断面を<010>方向に見
たときのSi原子の配列を模式的に示しである。第3図
(a)のようにシード部分が酸化膜3の下界面を延長し
た水平面(紙面には垂直)内にある場合、結晶格子を組
みながら上方に固相成長する際、酸化膜端での81M子
の位置不整合を起点として、正規の格子を組めない原子
列が連続することにより、(101)ファセット(晶癖
結晶面)6が形成される。この(101)ファセットの
成長は上方[001]方向の成長速度に比べて遅いため
、上方へのエピタキシャル成長が終了した後に始まると
考えて差し支えない。(101)ファセットの成長は酸
化膜3との相互作用を受けながら進行するため、酸化膜
3の上を横方向に成長する際に(101)ファセット7
が形成される。このため、一般に成長後のSOIには結
晶欠陥が入り易いという問題があった。
Next, the advantage of providing an inclination to the side surface of the first SOI will be described. FIG. 3(a) is a cross-sectional view showing the seed shape and growth state in conventional solid-phase growth, and FIG. 3(b) is an enlarged cross-sectional view at the seed end showing the seed shape and growth state in the present invention. It is a diagram. In both figures, the surface is (001
2 schematically shows the arrangement of Si atoms when the (010) cross section of the substrate, which is a ) plane, is viewed in the <010> direction. When the seed portion is located in a horizontal plane (perpendicular to the paper) extending the lower interface of the oxide film 3 as shown in Figure 3(a), when solid phase growth is performed upward while forming a crystal lattice, the edge of the oxide film A (101) facet (habit crystal plane) 6 is formed by a series of atomic rows that cannot form a regular lattice starting from the positional mismatch of the 81M molecules of . Since the growth rate of this (101) facet is slower than the growth rate in the upward [001] direction, it can be safely assumed that it starts after the upward epitaxial growth is completed. Since the growth of the (101) facet progresses while receiving interaction with the oxide film 3, the (101) facet 7 grows laterally on the oxide film 3.
is formed. For this reason, there is generally a problem that crystal defects are likely to occur in SOI after growth.

本発明の場合、第3図(b)に示すように、第1のS○
I40と堆積Si膜50とは図のような状況で接触する
ため、成長速度の速い[1oo]方向への成長が先行し
、矢印8に示すように堆積膜の上方から横方向成長が先
導されることになる。
In the case of the present invention, as shown in FIG. 3(b), the first S○
Since I40 and the deposited Si film 50 come into contact with each other in the situation shown in the figure, the growth in the [1oo] direction, where the growth rate is high, takes precedence, and the lateral growth starts from above the deposited film, as shown by arrow 8. That will happen.

したがって、成長後のSOIの結晶性も良好となる。こ
のような効果は、シード面がS○工基板に対して45″
以上の傾斜を持つ場合に期待される。
Therefore, the crystallinity of the grown SOI is also good. This effect is due to the fact that the seed surface is 45"
This is expected when the slope is higher than that.

それは傾きが45″以上の場合には、成長初期において
シード端面から下向きの(100)成長成分が存在し、
横方向成長時にSOI膜の上の部分で結晶化が先導され
るためである。この傾きは90゜すなわち基板に垂直な
場合が素子の縮小化という点では最も有利であるが、蒸
着など方向性の有る薄膜被着法で非晶質Si層を形成す
ると、側壁部分の密着性が劣化し、欠陥が入りやすくな
るという問題点もある。以下の説明では、第1のSOI
の端面ば基板に対してやや傾きを持った状態で図示しで
あるが、その角度は本質的ではない。
If the slope is 45″ or more, there is a (100) downward growth component from the seed end surface in the early stage of growth.
This is because crystallization is led in the upper part of the SOI film during lateral growth. When this slope is 90°, that is, perpendicular to the substrate, it is most advantageous in terms of device miniaturization, but when an amorphous Si layer is formed by a directional thin film deposition method such as vapor deposition, the adhesion of the sidewall portion is Another problem is that it deteriorates and becomes susceptible to defects. In the following description, the first SOI
Although the end face is shown slightly inclined with respect to the substrate, that angle is not essential.

また、第1のSOIの間隔が0.2μ■以下ときわめて
小さくなった場合には上述のように両側の支持体からの
固相成長端の衝突によって形成されるミスマツチによる
欠陥は、熱処理によって比較的容易に消滅する。このよ
うな微細な構造に本発明を適用する場合には、固相成長
に先だって必ずしも成長領域を制限する必要はない。
In addition, when the spacing between the first SOIs becomes extremely small, such as 0.2μ or less, defects due to mismatch formed by the collision of the solid-phase growth ends from the supports on both sides, as described above, can be removed by heat treatment. disappears easily. When applying the present invention to such a fine structure, it is not necessarily necessary to limit the growth region prior to solid phase growth.

〔作用〕[Effect]

超薄膜SOIを固相で成長させる際に、下地基板上に突
出したシードを形成し、少なくともこれにその一部が接
触するように堆積膜を形成することにより、結晶性のよ
いSOIを形成することができる。突出したシード部分
は不純物を高濃度にドープすることにより、FETのソ
ース・ドレインのコンタクト部分として用いることがで
き、また、集積回路の配線部分として用いることもでき
る。B、Pなどの活性不純物が高濃度にドープされた非
晶質Siは固相成長速度が大きいことが知られており、
本発明のように超薄膜SOIの土台となる第1SOI部
分を形成するには好都合である。
When growing an ultra-thin SOI film in a solid phase, an SOI with good crystallinity is formed by forming a protruding seed on the underlying substrate and forming a deposited film so that at least a portion of the seed is in contact with this. be able to. By doping the protruding seed portion with impurities at a high concentration, it can be used as a source/drain contact portion of an FET, and can also be used as a wiring portion of an integrated circuit. It is known that amorphous Si doped with active impurities such as B and P has a high solid phase growth rate.
This is advantageous for forming the first SOI portion that becomes the foundation of an ultra-thin film SOI as in the present invention.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明を実施例により説明する。 The present invention will be explained below using examples.

実施例 1 第5図はSiの超薄膜SOIを形成する工程を示す断面
模式図である。
Example 1 FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the process of forming an ultra-thin Si film SOI.

p形(100)、9〜12Ω1のSi基板1を公知のL
OCO8法によって選択酸化し、厚さ0.2μ■の5i
02層3を得た0次に、HF水溶液で開口部表面8の自
然酸化膜を除去した後、到達真空度10−’Paの超高
真空蒸着槽に入れ、850℃、30分の加熱を行なった
後、基板温度200℃において電子ビーム蒸着法により
非晶質Siを0.6μ道堆積した。同一真空槽内で45
0℃、1時間の加熱処理を行なった後、真空槽から取り
出し、イオン打込みにより31P+を60keV、1.
8X 10”aa−”、 130keV、3.3X10
”(5m−”、236ke V、7,8X101Sam
−”の3段階のドーピングを行なった。これをN2中、
600℃、8時間熱処理し、シード端から約40μ口の
SOI層を得た(第5図(a))。次いで、この第1の
SOI層を幅1.0μm、間隔3μmのストライプ状に
加工した(同図(b))。加工はウェットエッチにより
、側面が基板に対して約70°傾いた台形断面となるよ
うにした。
A p-type (100), 9-12Ω1 Si substrate 1 is connected to a known L
Selectively oxidized by OCO8 method, 0.2μ thick 5i
02 Layer 3 obtained Next, after removing the natural oxide film on the opening surface 8 with an HF aqueous solution, it was placed in an ultra-high vacuum deposition tank with an ultimate vacuum of 10-'Pa and heated at 850°C for 30 minutes. After this, amorphous Si was deposited to a thickness of 0.6 μm by electron beam evaporation at a substrate temperature of 200° C. 45 in the same vacuum chamber
After heat treatment at 0° C. for 1 hour, it was taken out from the vacuum chamber and 31P+ was heated at 60 keV by ion implantation.
8X 10"aa-", 130keV, 3.3X10
"(5m-", 236ke V, 7,8X101Sam
-” three stages of doping were carried out. This was carried out in N2,
Heat treatment was performed at 600° C. for 8 hours to obtain an SOI layer with a thickness of approximately 40 μm from the seed end (FIG. 5(a)). Next, this first SOI layer was processed into stripes having a width of 1.0 μm and an interval of 3 μm (FIG. 2(b)). The processing was carried out by wet etching so that the side surface had a trapezoidal cross section inclined at about 70 degrees with respect to the substrate.

次に、これを再び超高真空蒸着装置内に導入し、850
℃、30分の熱処理の後、電子ビーム蒸着により、35
0℃において約75nmの非晶質5i50を堆積し、同
一真空で600℃、2時間熱処理を行なった(第5図(
C))。
Next, this was introduced into the ultra-high vacuum evaporation equipment again, and 850
After heat treatment at 35°C for 30 minutes, electron beam evaporation
Approximately 75 nm of amorphous 5i50 was deposited at 0°C and heat-treated at 600°C for 2 hours in the same vacuum (see Figure 5).
C)).

以上の工程により、両側を厚いSOIで支持された超薄
膜SOIの構造を得た。次に、この構造から出発したC
MOSインバータの作製例を第7図に示す。
Through the above steps, an ultra-thin SOI structure supported on both sides by thick SOI was obtained. Next, starting from this structure, C
An example of manufacturing a MOS inverter is shown in FIG.

ストライプ状となった第1の厚膜SOI部分にその一部
がかかるように超薄膜SOIを整形分離し、850℃で
ゲート酸化を行ない、膜厚20n+wのゲート酸化膜7
1を形成した。次いで、ドープトポリSiの堆積を行な
い、ゲート対72を形成した。ゲートの厚さは0.6μ
mで、幅は0.8μm、間隔は約1.2μmである0次
いで、このゲート72をマスクに右側のゲート部分には
BF2″″を、左側のゲート部分にはAs“を、それぞ
れその分布のピーりが薄膜SOIの中間にくるようなエ
ネルギーを選んでイオン打込みを行ない、850℃、2
0分の熱処理によってドーパントの活性化を行なった。
The ultra-thin SOI film is shaped and separated so that a part thereof covers the striped first thick film SOI portion, and gate oxidation is performed at 850° C. to form a gate oxide film 7 with a film thickness of 20n+w.
1 was formed. Next, doped poly-Si was deposited to form gate pairs 72. Gate thickness is 0.6μ
m, the width is 0.8 μm, and the interval is about 1.2 μm. Next, using this gate 72 as a mask, apply BF2'' to the right gate portion and As'' to the left gate portion, respectively. Ion implantation was performed by selecting an energy that would bring the peak to the middle of the thin film SOI.
The dopant was activated by heat treatment for 0 minutes.

次いで、CVD (化学気相蒸着)法によりpsG(り
ん珪酸ガラス)膜を膜厚0.8μ厘堆積し、支持体40
部分およびゲートの中間部分の穴あけを行ない、Alを
膜厚0.8μm堆積した。電極形成パターンにより、そ
れぞれVss[極73、ノード電極73’ 、Voo@
極73′の各電極引出し部分を形成し、CMOSインバ
ータを形威した。
Next, a psG (phosphosilicate glass) film was deposited to a thickness of 0.8 μm using the CVD (chemical vapor deposition) method, and the support 40
A hole was made in the intermediate portion of the gate and the gate, and Al was deposited to a thickness of 0.8 μm. Depending on the electrode formation pattern, Vss[pole 73, node electrode 73', Voo@
Each electrode lead-out portion of the pole 73' was formed to form a CMOS inverter.

実施例 2 類似の工程で微細寸法のMOSFETを形成した例を第
5図および第6図により説明する。
Example 2 An example in which a MOSFET with minute dimensions was formed by a similar process will be explained with reference to FIGS. 5 and 6.

第1の5OI40を形威し、超薄膜SOI用の非晶質S
i層50を形成するところまでの手順は実施例1と同じ
である。ただし、第1の5OI40の厚さは0.4μ通
、ストライプの幅は0.5μL間隔は1.0μ璽である
。超薄膜SOIを形成するための非晶質Si膜50の厚
さは50nmで、その堆積が終了した段階で450℃、
1時間の熱処理を行ない、真空槽より取り出した。支持
体50140の左側部に形成されたSi膜50をエツチ
ング除去し、ゲート酸化を行ない、@0.2μmのゲー
ト72の加工を行なった。ゲートをマスクにAs“を6
0keV。
Forming the first 5OI40, amorphous S for ultra-thin SOI
The procedure up to the point of forming the i-layer 50 is the same as in Example 1. However, the thickness of the first 5OI 40 is 0.4 μm, the width of the stripes is 0.5 μL, and the interval is 1.0 μm. The thickness of the amorphous Si film 50 for forming the ultra-thin film SOI is 50 nm, and the temperature is 450° C. when the deposition is completed.
After heat treatment for 1 hour, it was taken out from the vacuum chamber. The Si film 50 formed on the left side of the support 50140 was removed by etching, gate oxidation was performed, and a gate 72 of @0.2 μm was processed. As “6” using the gate as a mask
0keV.

6X1014am−2打込み、600℃、1時間のアニ
ールを行なった。次いで、CVD−PSGを膜厚0.5
μm堆積し、支持体上にドレイン電極74、他の支持体
および超薄膜SOIにまたがるようにソース電極74′
を形成すべく穴あけを行ない、At蒸着によってそれぞ
れ電極を形成した。このnチャネル型MO8FETは実
効チャネル長は0.16μmであったが、正常な動作特
性が得られた。
A 6×10 14 am −2 implant was performed and annealing was performed at 600° C. for 1 hour. Next, CVD-PSG was applied to a film thickness of 0.5
A drain electrode 74 is deposited on the support, and a source electrode 74' is deposited over the other support and the ultra-thin film SOI.
Holes were made to form electrodes, and electrodes were formed by At vapor deposition. Although the effective channel length of this n-channel type MO8FET was 0.16 μm, normal operating characteristics were obtained.

また、類似の工程において、ソース・ドレイン部の形成
にAs″″の代わりにBF、”をイオン打込みして得ら
れたpチャネル型のMOSFETも、実効チャネル長が
0.18μmであったが同様に正常な動作を示した。
Furthermore, in a similar process, a p-channel MOSFET obtained by ion-implanting BF,'' instead of As'' to form the source/drain portion had an effective channel length of 0.18 μm, but was also similar. showed normal operation.

実施例 3 本発明を適用してさらに微細な構造のMOSFETを形
成した例を第8図に示す。用いた基板は(100)、A
sドープのn7形、0.002ΩGで、600℃に加熱
された状態で酸素イオンを180keV、1.8X10
”3−”打込ミ、CV D  S x Oz ヲ被着し
て、1350℃、20分熱処理したものである。実施例
1.2で示した支持体となる第1のSOIは、この埋め
込み酸化膜の形成過程で表面に残留した単結晶Siであ
り、転位が10’ai−”程度含まれている。これを、
断面が略台形状のストライプを平行に配置した構造に加
工した。これはポジ型のレジストを用いて、幅が台形ス
トライプ2本分の1本のストライプが残るように光学的
ホトリソグラフィー法により露光し、さらにそのストラ
イプの中央部に電子ビーム走査により露光し、レジスト
を現像した。これをマスクに、等方向なエツチングを加
えつつドライエッチし、テーパのある形状に作製した。
Example 3 FIG. 8 shows an example in which a MOSFET with a finer structure was formed by applying the present invention. The substrate used was (100), A
S-doped n7 type, 0.002 ΩG, heated to 600°C, oxygen ions at 180 keV, 1.8X10
"3-" was implanted, CVD S x Oz was applied, and heat treated at 1350°C for 20 minutes. The first SOI serving as the support shown in Example 1.2 is single-crystal Si that remained on the surface during the process of forming the buried oxide film, and contains about 10'ai-'' dislocations. of,
It was fabricated into a structure in which stripes with approximately trapezoidal cross sections were arranged in parallel. This is done by exposing a positive resist using optical photolithography so that one stripe with a width of two trapezoidal stripes remains, and then exposing the center of that stripe to light by scanning an electron beam. was developed. Using this as a mask, dry etching was performed while adding isodirectional etching to produce a tapered shape.

ストライプの間隔は1105nであった。The stripe spacing was 1105n.

この構造にSi、H,のCVDにより530℃で厚さ5
5nmのアンドープ非晶質Si層50を形成し、580
℃の熱処理により、固相成長させた。この場合、ストラ
イプ間隔が極めて狭いため、両側の支持体40との接触
部から進行した単結晶化は支持体の中央部で会合し、そ
の際に生じたミスマツチによる結晶欠陥はその後のプロ
セスによる熱処理によって消滅した。
This structure was coated with a thickness of 5 cm at 530°C by CVD of Si, H,
A 5 nm undoped amorphous Si layer 50 is formed, and 580
Solid phase growth was performed by heat treatment at ℃. In this case, since the stripe spacing is extremely narrow, the single crystallization that progresses from the contact areas with the supports 40 on both sides coalesces in the center of the supports, and crystal defects due to mismatches that occur at that time are removed by heat treatment in the subsequent process. disappeared due to

単結晶化の終了したSOI構造について素子形成部分を
残した後、プラズマ酸化により700°Cで厚さ20r
++wの酸化膜71を形成した。次に、ドープトポリS
iをCVDによって堆積し、一般的な方法によってゲー
ト72を形成した。再び軽い酸化を加えた後、CVD−
8i○2およびCVD−PSG膜7を被着し、両支持体
が露出するように絶縁膜をパターニングした。最後に、
Alを蒸着して両側の支持体をソース・ドレインとする
FETを形成した。
After leaving the element forming part of the SOI structure after single crystallization, it is heated to a thickness of 20μ by plasma oxidation at 700°C.
An oxide film 71 of ++w was formed. Next, doped poly S
i was deposited by CVD, and gate 72 was formed by conventional methods. After adding light oxidation again, CVD-
8i○2 and CVD-PSG film 7 were deposited, and the insulating film was patterned so that both supports were exposed. lastly,
Al was deposited to form an FET using the supports on both sides as the source and drain.

このFETは実効チャネル長が約1100nであり、チ
ャネルの厚さが40nmであって、3極管特性に近いF
ET動作を示した。
This FET has an effective channel length of about 1100n, a channel thickness of 40nm, and an FET close to triode characteristics.
It showed ET behavior.

実施例 4 支持体の材料はSiには限定されない。実施例4と類似
の構造をC08i2を用いて形成した例に次いて同じ第
8図を参照しながら説明する。
Example 4 The material of the support is not limited to Si. Next, an example in which a structure similar to that in Example 4 is formed using C08i2 will be described with reference to the same FIG. 8.

P形(111)、8Ω国のSi基板を酸化し、シード部
分の穴あけを行なった後、超高真空の電子ビーム蒸着に
より、COおよびSiを1=2の組成比になるように基
板温度100℃で同時に堆積し、厚さ0.5μmの非晶
質膜を形成した。これに380℃、3時間の熱処理を加
えることによって固相成長により単結晶化し、シード端
から10μmの領域に単結晶のCo S j、、層を形
成した。これを支持体40として、実施例3と同様なプ
ロセスによりFETを形威した。このFETではソース
・ドレインの寄生抵抗が減少し、実施例3のFETに比
べて動作周波数の改善が見られた。
After oxidizing a P-type (111), 8Ω Si substrate and drilling a hole in the seed portion, the substrate temperature was adjusted to 100% by ultra-high vacuum electron beam evaporation so that the composition ratio of CO and Si was 1=2. They were simultaneously deposited at 0.degree. C. to form an amorphous film with a thickness of 0.5 .mu.m. This was heat-treated at 380° C. for 3 hours to form a single crystal by solid-phase growth, and a single-crystal Co S j layer was formed in a region 10 μm from the seed end. Using this as the support 40, an FET was fabricated using the same process as in Example 3. In this FET, the parasitic resistance of the source and drain was reduced, and the operating frequency was improved compared to the FET of Example 3.

実施例 5 実施例1に示した支持体の形成法により第1の5OI4
0を形成し、これを厚さ0.2μmまで薄層化した後、
COを約0.15μm蒸着し、800℃の熱処理によっ
てシリサイド化した。未反応の金属C。
Example 5 The first 5OI4 was prepared by the method of forming the support shown in Example 1.
After forming 0 and thinning it to a thickness of 0.2 μm,
CO was deposited to a thickness of about 0.15 μm and silicided by heat treatment at 800° C. Unreacted metal C.

を酸洗浄で除去した後、実施例1に示した工程によりC
MOSインバータを形威した。
After removing C by acid washing, C was removed by the process shown in Example 1.
A perfect example of a MOS inverter.

この素子においても、寄生抵抗の低減効果により、実施
例1で述べたCMO8のインバータチェーンに比べ、ゲ
ート遅延時間は約30%改善された。
Also in this element, the gate delay time was improved by about 30% compared to the CMO8 inverter chain described in Example 1 due to the effect of reducing parasitic resistance.

シリサイド化の時点で、堆積変化により表面モホロジー
が劣化しやすいという傾向があるが、実施例2に示した
超薄[SOIの成長領域を同相成長に先だって1μm角
程度に制限することにより、モホロジーの劣化は防止で
きた。
At the time of silicidation, the surface morphology tends to deteriorate due to deposition changes. Deterioration could be prevented.

実施例 6 本発明をdRAMセルに適用した例を第9図および第1
0図にて説明する。
Example 6 An example in which the present invention is applied to a dRAM cell is shown in FIGS. 9 and 1.
This will be explained using Figure 0.

まず、第9図において、基板はn″″(100)、0.
002Ω備のSiウェハ1で、酸素イオン打込みで形成
した0、2μmの埋め込み絶縁膜3を有し、表面のSO
Iは厚さ0.15μmである。この第1のSOI層を辺
長0.3μ重の四角錐状支持体40に加工し、厚さ55
r++*の超薄膜非晶質Si/lを形威し、固相成長さ
せた。この超薄膜5OI50を四角錐の幅で紙面に沿っ
た方向に加工し、FETのチャネルとする部分の幅を規
制した。次いでゲート酸化を行ない、厚さ8nmのSi
n、等価膜71を形成し、その後、ドープトポリSx堆
積およびパターンエツチングによりゲート72の加工を
行なった。ゲートをマスクに低濃度のP+イオン照射を
行ない、軽い酸化を施した後、CVD−8in。
First, in FIG. 9, the substrates are n'''' (100), 0.
It is a Si wafer 1 with a resistance of 0.02 Ω, has a buried insulating film 3 of 0.2 μm formed by oxygen ion implantation, and has an SO
I has a thickness of 0.15 μm. This first SOI layer was processed into a quadrangular pyramid-shaped support 40 with a side length of 0.3 μm and a thickness of 55 μm.
An ultra-thin film of r++* amorphous Si/l was formed and solid-phase grown. This ultra-thin film 5OI50 was processed in the direction along the plane of the paper to have the width of a square pyramid, and the width of the portion to be used as the FET channel was regulated. Next, gate oxidation is performed to form a 8 nm thick Si
After forming an equivalent film 71, a gate 72 was processed by doped poly Sx deposition and pattern etching. Using the gate as a mask, low-concentration P+ ion irradiation was performed and light oxidation was performed, followed by CVD-8in.

を被着してエッチパックによる側壁スペーサ75を形威
し、さらにこれをマスクにプラズマドーピングによって
n+領領域形成を行なった。
A sidewall spacer 75 was formed using an etch pack, and an n+ region was formed by plasma doping using this as a mask.

次に、第10図に示すように、ドープトポリSi膜76
の被着を行ない、キャパシタ形状のパターン化を行なっ
た後、キャパシタIl!iil膜77の被着を行なった
。第10図では単に表面を酸化した場合を示しているが
、SiO,−8i3N4複合膜を用いても後の工程に変
わりはない。次いで、ドープトポリSi膜78を堆積し
、プレート状に加工し、CVD−3in、膜およびCV
D−PSG膜の堆積と、四角錐台40部分へのコンタク
トの穴あけを行ない、金属の堆積によってビット線79
を形威し、メモリ構造とした。
Next, as shown in FIG.
After depositing and patterning the capacitor shape, the capacitor Il! An Iil film 77 was deposited. Although FIG. 10 shows the case where the surface is simply oxidized, there is no difference in the subsequent steps even if a SiO, -8i3N4 composite film is used. Next, a doped poly-Si film 78 is deposited and processed into a plate shape, and CVD-3in, film and CV
After depositing the D-PSG film and drilling a contact hole in the truncated pyramid 40 portion, the bit line 79 is formed by depositing metal.
It was shaped into a memory structure.

本実施例は、四角錐台40をビット線共通コンタクトと
して、ワード線72の上に折返し構造を有する、スタッ
クドキャパシタ方式のdRAMセルである0本発明の適
用により、短チャネル高開動能力の超薄膜トランジスタ
と、耐放射線性の高い絶縁分離形キャパシタが実現でき
、dRAMセルを縮小化することが可能となった。
This embodiment is a stacked capacitor type dRAM cell having a folded structure above a word line 72 using a square pyramid 40 as a common bit line contact. Thin film transistors and isolated capacitors with high radiation resistance have been realized, making it possible to downsize dRAM cells.

実施例 7 本発明が本質的に低温化が可能であることを利用して、
積層構造の素子に適用した例について第11図に基づき
説明する。
Example 7 Taking advantage of the fact that the present invention inherently allows for lowering the temperature,
An example applied to a layered structure element will be explained based on FIG. 11.

第11図は基本的には第7図で示した実施例1のCMO
Sインバータを2層積層した構成である。
FIG. 11 basically shows the CMO of Embodiment 1 shown in FIG.
It has a structure in which two layers of S inverters are stacked.

第1層目のSOI層50を利用したCMOSインバータ
の形成工程は実施例1に示したものと同様である。なお
、この第1層SOIを形成するための基板1には、その
表面に従来の工程にて形成される素子部分11があって
も差し支えない。第7図との相違は、ノードの電極コン
タクトを、紙面に示すソース・ドレインと同−断面上で
はなく。
The process for forming a CMOS inverter using the first SOI layer 50 is the same as that shown in Example 1. Note that the substrate 1 for forming the first SOI layer may have an element portion 11 formed by a conventional process on its surface. The difference from FIG. 7 is that the electrode contacts of the nodes are not on the same cross section as the source and drain shown in the paper.

紙面に対して奥行き方向にずらした位置に形威した点で
ある。上層に形成される素子の、例えばゲート172と
は、点線でハツチングを施した領域173′を介して接
続される。
The point is that it is located at a position shifted in the depth direction relative to the plane of the paper. For example, the gate 172 of the element formed in the upper layer is connected through a region 173' hatched with dotted lines.

第7図の工程との差異は、CVD−8in、膜、CVD
−PSG膜からなるN7を形成した後、これを公知の方
法、例えばPSGと同一のエツチング速度が得られるレ
ジストを塗布し、エッチバックするなどの方法で平坦化
し、支持体部分で穴あけをする。
The differences from the process in Figure 7 are: CVD-8in, film, CVD
- After forming N7 made of a PSG film, it is planarized by a known method such as applying a resist that has the same etching rate as PSG and etching back, and making holes in the support portion.

これに非晶質Si層を堆積し、下の支持体40をシード
として固相成長させ、これをパターニングして第2層の
支持体140を形成する。その後は第7図で示した実施
例1と類似の工程により、第2層目の薄膜5Or150
を形成し、ゲート酸化膜171、ゲート172を形成、
第2層目のCVD−8in、膜、CVD−PSG膜から
なる層107を形成し、第2の支持体へのコンタクト穴
あけを行ない、金属層を形成してそれぞれ引出し電極1
73、エフ3′等に加工して、積層構造のタンデム型C
MOSインバータ構造を完成した。
An amorphous Si layer is deposited thereon, solid-phase grown using the lower support 40 as a seed, and patterned to form the second layer support 140. Thereafter, a second layer of thin film 5Or150
, and form a gate oxide film 171 and a gate 172.
A second layer 107 consisting of a CVD-8in film and a CVD-PSG film is formed, a contact hole is made to the second support, a metal layer is formed, and the extraction electrode 1 is formed.
73, F3', etc., to create a tandem type C with a laminated structure.
Completed MOS inverter structure.

第2N目のSOIの形成時には、第1N目の超薄膜SO
Iからシードをとることも可能であるが。
When forming the 2Nth SOI, the 1Nth ultra-thin SOI
Although it is possible to take the seed from I.

加工上の制御が難しく、実際的ではない。従って、第1
層の支持体と第2層の支持体は、シードにおいて電気的
にも接続された構造となるが、これは第−層の素子と第
2層の素子との接続関係を制限するものではない。第2
層のSOIの形成後の加工により、第2層のSOI素子
と第を層の支持体とを電気的に分離することは素子配置
の工夫により可能であり、この実施例に有るように、下
層の素子の直上に上層の素子が配置されなければならな
いということはない。
Processing control is difficult and impractical. Therefore, the first
The layer support and the second layer support have a structure in which they are electrically connected at the seed, but this does not limit the connection relationship between the first layer element and the second layer element. . Second
It is possible to electrically isolate the SOI element of the second layer and the support of the second layer by processing after forming the SOI layer, and as in this example, it is possible to electrically isolate the SOI element of the second layer from the support of the second layer. There is no requirement that an upper layer element be placed directly above the element.

また、本実施例ではSOI/Iを2層迄用いた例を示し
たが、本発明の主旨に従えば、積層する層の数には制限
はなく、また、・積層する領域も、基板に対して全面に
形成しても、あるいは部分的に適用してもよいことは明
らかである。
Furthermore, although this embodiment shows an example in which up to two layers of SOI/I are used, according to the spirit of the present invention, there is no limit to the number of layers to be laminated, and However, it is clear that it may be formed over the entire surface or may be applied partially.

本発明における第1のSOIの主要な働きは、超薄膜S
OIを固相成長させるためのシードを提供することと、
素子を形成した場合の低抵抗層を提供することである。
The main function of the first SOI in the present invention is to
providing seeds for solid phase growth of OI;
The object of the present invention is to provide a low resistance layer when forming an element.

この目的のためには、シードは必ずしも超薄膜SOIを
形成する材料と同一である必要はない。同相rli長が
低温プロセスであることは、他の材料を用いる上でも有
利である。
For this purpose, the seed does not necessarily have to be the same material that forms the ultra-thin SOI. The fact that the in-phase rli length is a low temperature process is also advantageous when using other materials.

上記の目的には、例えばNiSiよや(::oSi、な
ど、Siと比較的格子整合性の高いシリサイドを用いる
ことができる。また、目的によっては、WやMoなど耐
熱性の純金属を用いることもできる。
For the above purpose, a silicide with relatively high lattice matching with Si, such as NiSi (::oSi), can be used. Also, depending on the purpose, a heat-resistant pure metal such as W or Mo can be used. You can also do that.

シリサイド系材料はSiに比べて同相a艮速度が大きく
、また、加熱による格子緩和、すなわち、欠陥の排斥が
容易なため、結晶性のよいシードを広い範囲にわたって
形成できる。ただし、材料を変更した場合には、上述の
結晶方位に関する議論は格子定数の整合性がとれるよう
、適宜変更する必要があるが1本発明の主旨には代わり
がない。
Silicide-based materials have a higher in-phase a-degradation rate than Si, and lattice relaxation by heating, that is, removal of defects, is easy, so seeds with good crystallinity can be formed over a wide range. However, if the material is changed, the discussion regarding the crystal orientation described above needs to be changed as appropriate to ensure consistency in lattice constants, but the gist of the present invention remains unchanged.

また、シードをとるために用いられる基板も必ずしも超
高純度の材料であることは要求されず、例えばソーラー
ブレイド(: S olar G rade)と呼ばれ
る中純度のSiでも本発明ではLSI基板として使用可
能である。
Furthermore, the substrate used for seeding does not necessarily have to be made of ultra-high purity material; for example, even medium-purity Si called solar grade can be used as an LSI substrate in the present invention. It is.

超薄膜SOIも形成する半導体材料はSiに限らない。The semiconductor material that also forms the ultra-thin film SOI is not limited to Si.

Geや5iGe、SiC等、■族元素系半導体でも同様
に本発明を適用することができるし、またGaAs、A
lAs、AlGaAs、GaP、AIGaAsP、Al
Sb、InSb、InP、InAsP等々、m−v族化
合物半導体。
The present invention can be similarly applied to semiconductors based on group Ⅰ elements such as Ge, 5iGe, and SiC.
lAs, AlGaAs, GaP, AIGaAsP, Al
m-v group compound semiconductors such as Sb, InSb, InP, InAsP, etc.

CdSやCdTe等のIF−rV族化合物半導体などで
も同様に適用することが可能である。
IF-rV group compound semiconductors such as CdS and CdTe can be similarly applied.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明によれば、優れた素子特性
を有する超薄膜SOI構造を、ウェハ全面にわたって均
一に最も厚さ制御性のよい方法で形成することができる
。しかも、不純物の再分布が実質的に生じない低温で、
結晶性のよい膜が得られる。また、素子動作に必要な部
分のみを薄膜構造で得ることができ、寄生抵抗の大きい
ことが妨げとなる部分は低抵抗材料で形成することが可
能で、かつ自己整合的に構成できる。さらに、配線に供
する部分を先に形成し、素子の活性領域となる半導体部
分を後から任意に形成できるため。
As described above, according to the present invention, an ultra-thin SOI structure having excellent device characteristics can be formed uniformly over the entire wafer surface using a method with the best thickness controllability. Moreover, at low temperatures where impurity redistribution does not substantially occur,
A film with good crystallinity can be obtained. In addition, only the portions necessary for element operation can be obtained with a thin film structure, and portions that are hindered by large parasitic resistance can be formed of a low-resistance material, and can be constructed in a self-aligned manner. Furthermore, it is possible to form a portion for wiring first, and then optionally form a semiconductor portion that will become an active region of the element later.

微細な構造の素子や、超高密度のLSI、3次元回路素
子等の形成にも好適である。
It is also suitable for forming elements with fine structures, ultra-high density LSIs, three-dimensional circuit elements, etc.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図(a)、(b)は本発明の実施例における基本構
造を示す断面模式図、第2図(a)、(b)は従来のS
OI応用構造を示す断面模式図、第3図(a)、(b)
は本発明の構造における結晶成長上の利点を説明するた
めの断面模式図、第4図(a)、(b)は本発明の1実
施例における固相成長に及ぼす成長前の形状規制の効果
を示す断面模式図、第5図(a)、(b)、(c)は本
発明の1実施例における工程を説明するための断面模式
図、第6図(a)、(b)、第7図、第8図、第9図、
第10図、第it図はそれぞれ本発明の実施例を示す断
面模式図である。 1・・・基板 3・・・締縁膜 40・・・結晶性支持体(第1次5oI)50・・・超
薄膜SOI
FIGS. 1(a) and (b) are schematic cross-sectional views showing the basic structure of the embodiment of the present invention, and FIGS. 2(a) and (b) are conventional S
Schematic cross-sectional diagram showing OI applied structure, Figure 3 (a), (b)
4(a) and 4(b) are cross-sectional schematic diagrams for explaining the advantages of the structure of the present invention on crystal growth, and FIGS. 4(a) and 4(b) are effects of shape regulation before growth on solid phase growth in one embodiment of the present invention. FIGS. 5(a), (b), and (c) are schematic cross-sectional views for explaining the steps in one embodiment of the present invention, and FIGS. 6(a), (b), and Figure 7, Figure 8, Figure 9,
FIGS. 10 and 10 are schematic cross-sectional views showing embodiments of the present invention, respectively. 1... Substrate 3... Edge film 40... Crystalline support (first 5oI) 50... Ultra-thin film SOI

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、絶縁物基板の上に、または半導体基板上に設けられ
た絶縁層の上に、半導体層が設けられたSOI(Sem
iconductor−on−Insulator)構
造を有する半導体装置において、上記半導体層は、上記
絶縁物基板または上記絶縁層上に選択的に形成された第
1の厚さを有する結晶性支持体と、上記結晶性支持体の
少なくとも一部と接触して上記絶縁物基板上に延在し、
上記第1の厚さより薄い厚さを有する第2の結晶性半導
体層により構成されていることを特徴とする半導体装置
。 2、上記結晶性支持体が上記絶縁物基板または上記絶縁
層上に間隔を置いて設けられ、かつ、上記第2の結晶性
半導体層が少なくとも上記結晶性支持体上、および上記
結晶性支持体間の上記絶縁物基板または上記絶縁層上に
設けられていることを特徴とする請求項1記載の半導体
装置。 3、上記第2の厚さが0.1μm以下であることを特徴
とする請求項1または2記載の半導体装置。 4、上記結晶性支持体は、上記第2の結晶性半導体層と
同一の材料、または少なくとも上記第2の結晶性半導体
層の構成元素を含む材料によって構成されていることを
特徴とする請求項1、2または3記載の半導体装置。 5、上記結晶性支持体は上記半導体基板から分離された
半導体の一部から成り、上記半導体基板と同一の材料か
ら成ることを特徴とする請求項1、2、3または4記載
の半導体装置。 6、上記結晶性支持体の端面の上記基板面上に対する角
度が45〜90゜であることを特徴とする請求項1、2
、3、4または5記載の半導体装置。 7、絶縁物基板の上に、または半導体基板上に設けられ
た絶縁層の上に、第1の厚さを有する結晶性支持体を設
ける工程と、上記結晶性支持体の少なくとも一部と接触
して上記絶縁物基板上に延在し、上記第1の厚さより薄
い厚さを有する第2の半導体層を設ける工程と、上記接
触部を種として上記第2の半導体層を固相エピタキシャ
ル成長により単結晶化する工程とを含むことを特徴とす
る半導体装置の製造方法。 8、上記絶縁物基板または上記絶縁層上に第1および第
2の上記結晶性支持体を間隔を置いて設け、かつ、上記
第2の半導体層を少なくとも上記結晶性支持体上および
上記結晶性支持体間の上記絶縁物基板または上記絶縁層
上に設け、上記第2の半導体層の単結晶化に先立ち、上
記第1の結晶性支持体に接触する上記第2の半導体層と
上記第2の結晶性支持体に接触する上記第2の半導体層
とを分離加工することを特徴とする請求項7記載の半導
体装置の製造方法。
[Claims] 1. SOI (Sem) in which a semiconductor layer is provided on an insulating substrate or an insulating layer provided on a semiconductor substrate.
In a semiconductor device having a structure (conductor-on-insulator), the semiconductor layer includes a crystalline support having a first thickness selectively formed on the insulating substrate or the insulating layer; extending over the insulator substrate in contact with at least a portion of the support;
A semiconductor device comprising a second crystalline semiconductor layer having a thickness thinner than the first thickness. 2. The crystalline support is provided at intervals on the insulating substrate or the insulating layer, and the second crystalline semiconductor layer is provided at least on the crystalline support and on the crystalline support. 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is provided on the insulating substrate or the insulating layer between them. 3. The semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein the second thickness is 0.1 μm or less. 4. Claim characterized in that the crystalline support is made of the same material as the second crystalline semiconductor layer or a material containing at least the constituent elements of the second crystalline semiconductor layer. 3. The semiconductor device according to 1, 2 or 3. 5. The semiconductor device according to claim 1, 2, 3, or 4, wherein the crystalline support is made of a part of the semiconductor separated from the semiconductor substrate, and is made of the same material as the semiconductor substrate. 6. Claims 1 and 2, wherein the angle of the end face of the crystalline support with respect to the surface of the substrate is 45 to 90 degrees.
, 3, 4 or 5. The semiconductor device according to . 7. Providing a crystalline support having a first thickness on an insulating substrate or an insulating layer provided on a semiconductor substrate, and contacting at least a portion of the crystalline support. providing a second semiconductor layer extending over the insulating substrate and having a thickness thinner than the first thickness; and forming the second semiconductor layer by solid phase epitaxial growth using the contact portion as a seed. 1. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the step of single crystallization. 8. The first and second crystalline supports are provided at intervals on the insulating substrate or the insulating layer, and the second semiconductor layer is provided at least on the crystalline support and on the crystalline support. The second semiconductor layer is provided on the insulating substrate or the insulating layer between the supports, and prior to single crystallization of the second semiconductor layer, the second semiconductor layer and the second semiconductor layer are in contact with the first crystalline support. 8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the second semiconductor layer in contact with the crystalline support is processed separately.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019004190A (en) * 2010-01-22 2019-01-10 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device

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